操作系统与进程

1.冯诺依曼体系结构

输入设备：接收某个动作，转变成执行指令
输出设备：数据输出到某个设备，如显示器
CPU：执行指令的设备，含有运算器和控制器

• 关于冯诺依曼：

• 这里的存储器指的是内存

• 所有的输出设备都只能和内存打交道

2.操作系统的理解

2.1操作系统的概念

任何计算机都包含一个基本的集合，称为操作系统（OS），其中包括：

• 内核（进程管理，内存管理，文件管理，驱动管理）
• 其他程序（例如函数库，shell程序等等）

操作系统的定位是：一款纯正的“搞管理”的软件

• 管理者的任务种类分为两种：硬件管理和软件管理
• 按照目标对象分两种：一种对内的管理，一种对外的管理

2.2 设计OS的目的

系统调用接口：系统开放出来，供第三方程序调用的接口（某些功能程序没有权限直接操作，而只能通过系统接口操作）如IO（网络IO，本地文件IO）

驱动程序：某个硬件要在某个系统使用，需要事先安装驱动程序，系统通过驱动程序间接的管理硬件

硬盘：比较特殊的输入输出设备
网卡：系统通过写驱动程序来管理
统计系统：每个系统都会收集统计信息

3.进程

3.1进程的初步认识

• 对操作系统来说：一个任务就是一个进程
  课本概念：程序的一个执行实例，正在执行的程序等
  内核观点：担当分配系统资源（CPU时间、内存）的实体
• PCB结构体来管理进程（包括了进程的各种信息，如PID，进程名称，状态，占用的资源）PID是系统标识进程的字段
• 查看端口号下的进程:
  netstat -ano | findstr 8080
  netstat -anp | grep 8080
• 程序和进程的区别？
  程序：在硬盘上静态的可执行文件。（可执行的程序代码）
  进程：程序运行起来后，表现为进程。进程是系统分配资源（CPU、内存等）的最小单位

3.2 时间片

操作系统的任务调度是采用时间片轮转的抢占式调度方式，也就是说一份任务执行一小段时间后强制暂停去执行下一个任务，每个任务轮流执行。

• 时间片：任务执行的一小段时间
• 运行状态：任务正在执行时的状态
• 就绪状态：没有处于时间片范围的进程，暂停执行，等待状态

3.3 并发与并行

• 并发： 多个进程在一个CPU下采用时间片轮转的方式，在一段时间内让多个进程都得以推进，称之为并发（假同时）
• 并行：多个进程在多个CPU下分别同时进行运行，称之为并行（真同时）

真实的情况是：系统调度CPU执行多个进程的代码指令，既存在并发，也存在并行

3.4内核态与用户态

• 内核态：操作系统内核作为直接控制硬件设备的底层软件，权限最高
• 用户态：用户程序权限最低

用户态和内核态的相互转换：比较耗时，需要向系统申请

了解IO：

• BIO（同步阻塞IO）：执行到某行代码，程序挂起等待，系统内核再执行IO操作，如从硬盘读取某个文件：硬件=》系统 =》JVM内存
• NIO：同步非阻塞IO
• 系统调度进程：进程在运行态和就绪态之间转变

进程上下文 ：时间片轮转调度时，进程切换出去要保存到寄存器

CPU中的寄存器：值、进程状态、程序计数器等等